API Design

API 设计模式（API Design Patterns）

用于设计一致且开发者友好的 REST API 的约定与最佳实践。

何时激活（When to Activate）

• 设计新的 API 端点（Endpoint）
• 审查现有的 API 合约
• 添加分页、过滤或排序功能
• 为 API 实现错误处理
• 规划 API 版本化策略
• 构建公开或面向合作伙伴的 API

资源设计（Resource Design）

URL 结构

# 资源应为名词、复数、小写、短横线命名法（kebab-case）
GET    /api/v1/users
GET    /api/v1/users/:id
POST   /api/v1/users
PUT    /api/v1/users/:id
PATCH  /api/v1/users/:id
DELETE /api/v1/users/:id

# 关系的子资源
GET    /api/v1/users/:id/orders
POST   /api/v1/users/:id/orders

# 不符合 CRUD 的操作（谨慎使用动词）
POST   /api/v1/orders/:id/cancel
POST   /api/v1/auth/login
POST   /api/v1/auth/refresh

命名规则

# 推荐（GOOD）
/api/v1/team-members          # 多词资源使用短横线命名法（kebab-case）
/api/v1/orders?status=active  # 使用查询参数进行过滤
/api/v1/users/123/orders      # 嵌套资源表示归属关系

# 错误（BAD）
/api/v1/getUsers              # URL 中包含动词
/api/v1/user                  # 使用单数（应使用复数）
/api/v1/team_members          # URL 中使用蛇形命名法（snake_case）
/api/v1/users/123/getOrders   # 嵌套资源中包含动词

HTTP 方法与状态码（HTTP Methods and Status Codes）

方法语义

*通过正确的实现，PATCH 也可以设计为幂等。

状态码参考

# 成功（Success）
200 OK                    — GET, PUT, PATCH（包含响应体）
201 Created               — POST（需包含 Location 响应头）
204 No Content            — DELETE, PUT（不含响应体）

# 客户端错误（Client Errors）
400 Bad Request           — 校验失败，JSON 格式错误
401 Unauthorized          — 缺失或无效的身份验证
403 Forbidden             — 已验证身份但未获得授权
404 Not Found             — 资源不存在
409 Conflict              — 重复条目，状态冲突
422 Unprocessable Entity  — 语义错误（JSON 正确但数据非法）
429 Too Many Requests     — 超出速率限制

# 服务端错误（Server Errors）
500 Internal Server Error — 意外错误（绝不要暴露详细堆栈）
502 Bad Gateway           — 上游服务失败
503 Service Unavailable   — 暂时性过载，需包含 Retry-After

常见错误

# 错误：所有响应都返回 200
{ "status": 200, "success": false, "error": "Not found" }

# 推荐：语义化地使用 HTTP 状态码
HTTP/1.1 404 Not Found
{ "error": { "code": "not_found", "message": "User not found" } }

# 错误：校验错误返回 500
# 推荐：返回 400 或 422 并提供字段级详情

# 错误：创建资源返回 200
# 推荐：返回 201 并附带 Location 响应头
HTTP/1.1 201 Created
Location: /api/v1/users/abc-123

响应格式（Response Format）

成功响应

{
  "data": {
    "id": "abc-123",
    "email": "alice@example.com",
    "name": "Alice",
    "created_at": "2025-01-15T10:30:00Z"
  }
}

集合响应（含分页）

{
  "data": [
    { "id": "abc-123", "name": "Alice" },
    { "id": "def-456", "name": "Bob" }
  ],
  "meta": {
    "total": 142,
    "page": 1,
    "per_page": 20,
    "total_pages": 8
  },
  "links": {
    "self": "/api/v1/users?page=1&per_page=20",
    "next": "/api/v1/users?page=2&per_page=20",
    "last": "/api/v1/users?page=8&per_page=20"
  }
}

错误响应

{
  "error": {
    "code": "validation_error",
    "message": "Request validation failed",
    "details": [
      {
        "field": "email",
        "message": "Must be a valid email address",
        "code": "invalid_format"
      },
      {
        "field": "age",
        "message": "Must be between 0 and 150",
        "code": "out_of_range"
      }
    ]
  }
}

响应封装变体

// 方案 A：包含 data 包装器的信封模式（推荐用于公开 API）
interface ApiResponse<T> {
  data: T;
  meta?: PaginationMeta;
  links?: PaginationLinks;
}

interface ApiError {
  error: {
    code: string;
    message: string;
    details?: FieldError[];
  };
}

// 方案 B：扁平化响应（更简单，常用于内部 API）
// 成功：直接返回资源对象
// 失败：返回错误对象
// 通过 HTTP 状态码进行区分

分页（Pagination）

基于偏移量（Offset-Based，简单）

GET /api/v1/users?page=2&per_page=20

# 实现
SELECT * FROM users
ORDER BY created_at DESC
LIMIT 20 OFFSET 20;

优点： 易于实现，支持“跳转到第 N 页”。 缺点： 在大偏移量时速度慢（OFFSET 100000），且在并发插入时可能出现数据重复或遗漏。

基于游标（Cursor-Based，可扩展）

GET /api/v1/users?cursor=eyJpZCI6MTIzfQ&limit=20

# 实现
SELECT * FROM users
WHERE id > :cursor_id
ORDER BY id ASC
LIMIT 21;  -- 多获取一个以确定是否有下一页（has_next）

{
  "data": [...],
  "meta": {
    "has_next": true,
    "next_cursor": "eyJpZCI6MTQzfQ"
  }
}

优点： 无论在什么位置性能都保持一致，在并发插入时保持稳定。 缺点： 无法跳转到任意页，游标是不透明的（不可读）。

选型建议

过滤、排序与搜索（Filtering, Sorting, and Search）

过滤

# 简单相等
GET /api/v1/orders?status=active&customer_id=abc-123

# 比较操作符（使用括号标记法）
GET /api/v1/products?price[gte]=10&price[lte]=100
GET /api/v1/orders?created_at[after]=2025-01-01

# 多个值（逗号分隔）
GET /api/v1/products?category=electronics,clothing

# 嵌套字段（点标记法）
GET /api/v1/orders?customer.country=US

排序

# 单字段（前缀 - 表示降序）
GET /api/v1/products?sort=-created_at

# 多字段（逗号分隔）
GET /api/v1/products?sort=-featured,price,-created_at

全文搜索

# 搜索查询参数
GET /api/v1/products?q=wireless+headphones

# 字段特定搜索
GET /api/v1/users?email=alice

稀疏字段集（Sparse Fieldsets）

# 仅返回指定字段（减小负载）
GET /api/v1/users?fields=id,name,email
GET /api/v1/orders?fields=id,total,status&include=customer.name

身份验证与授权（Authentication and Authorization）

基于令牌的认证

# Authorization 标头中的 Bearer 令牌
GET /api/v1/users
Authorization: Bearer eyJhbGciOiJIUzI1NiIs...

# API 密钥（用于服务间调用）
GET /api/v1/data
X-API-Key: sk_live_abc123

授权模式

// 资源级：检查所有权
app.get("/api/v1/orders/:id", async (req, res) => {
  const order = await Order.findById(req.params.id);
  if (!order) return res.status(404).json({ error: { code: "not_found" } });
  if (order.userId !== req.user.id) return res.status(403).json({ error: { code: "forbidden" } });
  return res.json({ data: order });
});

// 基于角色：检查权限
app.delete("/api/v1/users/:id", requireRole("admin"), async (req, res) => {
  await User.delete(req.params.id);
  return res.status(204).send();
});

速率限制（Rate Limiting）

响应头

HTTP/1.1 200 OK
X-RateLimit-Limit: 100
X-RateLimit-Remaining: 95
X-RateLimit-Reset: 1640000000

# 超过限制时
HTTP/1.1 429 Too Many Requests
Retry-After: 60
{
  "error": {
    "code": "rate_limit_exceeded",
    "message": "Rate limit exceeded. Try again in 60 seconds."
  }
}

速率限制分层

版本控制（Versioning）

URL 路径版本化（推荐）

/api/v1/users
/api/v2/users

优点： 显式、易于路由、可缓存。 缺点： 版本间 URL 发生变化。

Header 版本化

GET /api/users
Accept: application/vnd.myapp.v2+json

优点： URL 保持整洁。 缺点： 难以测试，容易遗忘。

版本化策略

1. 从 /api/v1/ 开始 —— 在确实需要前不要进行版本化
2. 最多维护 2 个活跃版本（当前版本 + 上一版本）
3. 弃用时间表：
   - 宣布弃用（对公开 API 提前 6 个月通知）
   - 添加 Sunset 标头：Sunset: Sat, 01 Jan 2026 00:00:00 GMT
   - 在 Sunset 日期后返回 410 Gone
4. 非破坏性变更不需要新版本：
   - 在响应中添加新字段
   - 添加新的可选查询参数
   - 添加新的端点
5. 破坏性变更需要新版本：
   - 移除或重命名字段
   - 更改字段类型
   - 更改 URL 结构
   - 更改身份验证方式

实现模式（Implementation Patterns）

TypeScript (Next.js API 路由)

import { z } from "zod";
import { NextRequest, NextResponse } from "next/server";

const createUserSchema = z.object({
  email: z.string().email(),
  name: z.string().min(1).max(100),
});

export async function POST(req: NextRequest) {
  const body = await req.json();
  const parsed = createUserSchema.safeParse(body);

  if (!parsed.success) {
    return NextResponse.json({
      error: {
        code: "validation_error",
        message: "Request validation failed",
        details: parsed.error.issues.map(i => ({
          field: i.path.join("."),
          message: i.message,
          code: i.code,
        })),
      },
    }, { status: 422 });
  }

  const user = await createUser(parsed.data);

  return NextResponse.json(
    { data: user },
    {
      status: 201,
      headers: { Location: `/api/v1/users/${user.id}` },
    },
  );
}

Python (Django REST Framework)

from rest_framework import serializers, viewsets, status
from rest_framework.response import Response

class CreateUserSerializer(serializers.Serializer):
    email = serializers.EmailField()
    name = serializers.CharField(max_length=100)

class UserSerializer(serializers.ModelSerializer):
    class Meta:
        model = User
        fields = ["id", "email", "name", "created_at"]

class UserViewSet(viewsets.ModelViewSet):
    serializer_class = UserSerializer
    permission_classes = [IsAuthenticated]

    def get_serializer_class(self):
        if self.action == "create":
            return CreateUserSerializer
        return UserSerializer

    def create(self, request):
        serializer = CreateUserSerializer(data=request.data)
        serializer.is_valid(raise_exception=True)
        user = UserService.create(**serializer.validated_data)
        return Response(
            {"data": UserSerializer(user).data},
            status=status.HTTP_201_CREATED,
            headers={"Location": f"/api/v1/users/{user.id}"},
        )

Go (net/http)

func (h *UserHandler) CreateUser(w http.ResponseWriter, r *http.Request) {
    var req CreateUserRequest
    if err := json.NewDecoder(r.Body).Decode(&req); err != nil {
        writeError(w, http.StatusBadRequest, "invalid_json", "Invalid request body")
        return
    }

    if err := req.Validate(); err != nil {
        writeError(w, http.StatusUnprocessableEntity, "validation_error", err.Error())
        return
    }

    user, err := h.service.Create(r.Context(), req)
    if err != nil {
        switch {
        case errors.Is(err, domain.ErrEmailTaken):
            writeError(w, http.StatusConflict, "email_taken", "Email already registered")
        default:
            writeError(w, http.StatusInternalServerError, "internal_error", "Internal error")
        }
        return
    }

    w.Header().Set("Location", fmt.Sprintf("/api/v1/users/%s", user.ID))
    writeJSON(w, http.StatusCreated, map[string]any{"data": user})
}

API 设计自检表（API Design Checklist）

在发布新端点之前：

• 资源 URL 遵循命名约定（复数、短横线命名法、无动词）
• 使用了正确的 HTTP 方法（读取用 GET，创建用 POST 等）
• 返回了适当的状态码（不要所有响应都返回 200）
• 使用模式校验输入数据（如 Zod, Pydantic, Bean Validation）
• 错误响应遵循标准格式，包含代码（Code）和消息（Message）
• 为列表端点实现了分页（游标或偏移量）
• 要求身份验证（或显式标记为公开）
• 已检查授权（用户只能访问其自身的资源）
• 配置了速率限制
• 响应不会泄露内部详情（如堆栈追踪、SQL 错误）
• 与现有端点的命名保持一致（小驼峰 camelCase vs 蛇形 snake_case）
• 已编写文档（更新了 OpenAPI/Swagger 规范）